1、基于 Android 的疫木监测管理系统研究与开发 姜艳梅 卜庆凯 青岛大学电子信息学院 摘 要： 针对传统疫木处理工作模式存在的信息及时性慢、疫情监测性差等问题, 本文设计开发了一个基于 Android 和无线射频识别 (radio frequency identification, RFID) 技术的疫木监测管理系统。该系统由 Android 手持设备端, RFID 硬件设备端, web 端, 服务器端组成。其中, Android 端是以最新开发工具 Android Studio 为平台, 采用 java 代码进行编写;RFID 硬件设备端包括手持终端和 RFID 卡片, 通过蓝牙与 ap
2、p 进行数据通信;后端包括 web 端和服务器端, 在 eclipse 平台上, 使用 Spring、SpringMVC 和 MyBatis 框架开发, 同时将 apk 导入手机进行真机测试。测试结果表明, 疫木监测管理系统不仅方便了疫木处理人员收集疫木信息、提高工作效率, 而且管理人员可实时监测疫情状态, 掌握工作进度, 方便后续疫木疫病等数据分析。该系统充分利用物联网技术, 改变了传统的工作方式, 实现了森林疫木监测的信息化管理。关键词： Android; RFID; 疫木管理; WebService; 移动开发; 作者简介：姜艳梅 (1992-) , 女, 山东烟台人, 硕士研究生, 主
3、要从事移动互联网的研究。作者简介：卜庆凯 (1978-) , 男, 山东德州人, 博士, 副教授, 主要从事移动互联网关键技术的研究与开发。Email:bu_收稿日期：2017-03-16Research and Development of System for Wood-Disease Monitoring and Control Based on AndroidJIANG Yanmei BU Qingkai School of Electronic Information, Qingdao University; Abstract： Due to the reduction of for
4、est cover in China, it is necessary to put a lot of manpower, material resources and time every year to find and deal with diseased or pests trees, and to prevent a large area of forest infection.Evenso, a large number of trees are still destroyed by pests and diseases every year, and it is difficul
5、t to achieve effective prevention and control.The traditional way of working is to use manual inspection, with red ribbon marked with the wood, while hand-written imitation of pests and diseases of the time, the scope of infection and epidemic situation and other related information, this approach h
6、as been unable to achieve the rapid processing of the epidemic, efficient information sharing, and not meet the requirements of todays large data statistical analysis.In order to change this situation, to improve the efficiency of the processing staff and collect all kinds of data, forestry personne
7、l urgently needs a new system to provide support.In recent years, mobile Internet and Internet of Things have been developing rapidly.The popularity of mobile phones, the development of RFID hardware devices, and the popularity of large data analysis make this convenient and efficient innovative wor
8、k possible.Based on this, this paper proposes to develop a monitoring and management system based on mobile Internet and Internet of Things.Unlike the traditional working methods, the mobile side of the system can realize automatic positioning, reading and writing tag data, automatically uploading d
9、ata, and the use of the handler.In addition, the web system is achieved real-time data on the statistics and processing, support data export, and forestry personnel can view different types of epidemic wood, epidemic situation.This study has important practical significance for the prevention and tr
10、eatment of epidemic diseases and insect pests.Keyword： Android; RFID; wood-disease management; webService; mobile development; Received： 2017-03-16由于我国森林覆盖率的减少, 每年需要投入大量的人力、物力、时间来查找和处理患病害和虫害的林木, 并防止林木大面积感染。即便如此, 每年仍然有大量的树木遭到病虫害的毁坏, 难以实现有效的预防和控制1。传统的工作方式是采用人工巡检、用红飘带标记疫木, 同时用本子记录疫木病虫害的发生时间、传染范围以及疫木状态等
11、相关信息, 这种方式已不能实现疫木处理过程中快速、高效的信息共享, 也无法满足如今大数据统计分析的要求。为改变这一现状, 提高疫木处理人员工作效率和收集各类数据, 林业人员迫切需要一个新的系统提供支持。近年来, 移动互联网和物联网得到迅速发展2, 手机的普及使用, RFID 硬件设备的发展3以及大数据分析的热门, 使这一便捷高效的创新型工作方式成为可能。基于此, 本文提出开发一个基于移动互联网和物联网的疫木监测管理系统, 与传统工作方式不同, 该系统的移动端可实现自动定位, 读写标签数据, 自动上传数据, 方便了疫木处理人员的使用。此外, 该系统的 web端实现了对数据的实时统计和处理, 支持
12、数据导出, 林业人员可查看不同类型疫木和疫病情况等。该研究对后期实现疫木病虫害的预防和处理具有重要意义。1 需求分析1.1 传统疫木监测方式传统的疫木监测管理采用人工巡检、用红飘带标记的方式。疫木处理人员上山查找并处理疫木, 没有明确的目标, 存在查找效率很低, 查找有遗漏的问题。同时, 疫木是否全部找到、是否已砍伐、运输环节是否有问题、疫木在处理场所是否已销毁等问题都缺少监督环节, 急需能掌控全部流程的信息化系统。随着互联网信息技术的发展, Android 智能手机的普及以及 RFID 硬件设备的更新, 使工作人员能够更加便捷、高效的搜集处理相关信息。因此, 开发一款可以收集、统计、处理和预
13、测的疫木监测管理系统非常必要。本系统将采用物联网的工作模式, 改进目前人工记录和监管, 从发现疫木开始到长时间的销毁过程、状态都会被系统跟踪, 同时会对各类数据分析统计。1.2 系统创新1) 同传统的人工飘带标记疫木的方式相比, RFID 标签可读写相关存储信息, 并能在雨雪低温等各种恶劣环境下使用, 便于保存;可同时识别多个电子标签, 操作快捷方便。2) 传统的疫木处理人员无法定位普查标记时存在疫病的树木, 只能依次寻找, 导致查找效率较低, 查找易遗漏。系统有定位功能, 可以准确定位所有疫木的地理位置及用户的当前位置, 可标记已处理疫木的位置, 查看相关地形, 方便用户针对性的查找疫木并处
14、理, 节约查找时间。3) 与手动输入疫木处理人员记录的信息相对, 能够通过手机网络或者 Wifi 无线网络将存储在移动设备上的信息上传到服务器, 统计处理数据。同时, Web端各种疫木病害的数据动态绘制, 提高了数据的应用型。2 疫木管理系统开发图 1 疫木管理系统总体框架 下载原图2.1 总体架构疫木管理系统总体框架如图 1 所示。疫木监测管理系统主要包括 4 部分4:服务端后台数据处理系统, web 端可视化交互软件, 智能终端 APP 软件, RFID 手持扫描系统 (包括 RFID 手持设备和疫木专用 RFID 标签) 。疫木被发现时会被标记唯一的标识, 在整个疫木系统中, 通过这唯一
15、标识, 保证疫木档案的准确性和唯一性;智能 Android 终端 APP 支持蓝牙和 GPS 定位系统5, 在山林无网络情况下, 主要用于与 RFID 手持设备进行蓝牙数据传输, 保存疫木相关数据, 并进行展示, 待有网络环境时, 将数据上传到服务器;RFID 手持扫描系统负责疫木调查数据的采集与记录, RFID 手持设备负责。智能 Android 终端 APP 与疫木专用 RFID 标签之间可通过蓝牙通信, 将 Android 终端配置的具体信息, 写到疫木专用 RFID 标签中, 也可将疫木专用 RFID 标签中已写好的疫木相关信息读到 Android 终端, 进行详细配置。服务器端后台数
16、据处理系统负责对服务器数据库的维护和管理, 数据库存储疫木档案信息6, 工作人员信息, 疫木疫病种类, 小班信息, 普查, 砍伐, 运输, 销毁, 伐桩等疫木处理阶段的相关信息。web 端可视化交互软件方便工作人员进行管理和查看相关的数据信息7, 对疫木管理的整个流程的数据进行查看。图 2 疫木处理总体流程 下载原图2.2 Android 终端功能设计疫木监测 APP 系统根据实际的疫木调查采集系统的应用流程8, 分为以下 5 个部分:疫木普查, 疫木处理, 疫木运输, 疫木销毁, 伐桩检查。疫木处理的总体流程如图 2 所示, APP 系统功能设计如图 3 所示。根据疫木的总体流程, 主要实现
17、以下功能:1) 蓝牙数据通信读写 RFID。用户对疫木进行编档, 智能终端 APP 需要通过蓝牙与 RFID 手持设备进行无差通信, 将信息写到 RFID, 或者从 RFID 中读到智能终端。2) 离线地图动态显示疫木位置。在无网络条件下, 调用离线地图9, 通过智能设备 GPS 来实现时时定位。普查阶段用户标记疫木后, 在地图上动态显示。其他工作阶段则是从服务器中下载相关信息显示在地图上。3) 疫木档案本地存储, 实现增删查改。工作人员离线工作时, 需将记录的疫木档案所有信息保存在本地存储, 同时实现查询、删除、改写功能。4) 用户不同权限登录。登录模块, 用户名和密码管理10;支持不同权限
18、查看不同内容。5) 本地图片信息上传服务器。用户将保存在本地数据库的图片等数据, 在有网络情况下上传到服务器。2.3 服务端后台数据处理系统功能设计服务器端最重要的是数据库设计, 优秀的数据库设计不仅有利于前端开发, 而且可以提高数据传输效率, 使后期数据库维护的成本降低11。根据业务需求, 数据量大约在 8 万条数据/年, 因此, 数据库采用 mysql。服务器主要功能是存储疫木及用户的各种信息, 手持终端提供查询、下载支持, 为 WEB 客户端提供数据统计和查询支持12。图 3 APP 系统功能设计 下载原图2.4 Web 端可视化交互软件Web 服务端功能设计主要包括登录模块、用户名和密
19、码管理13;支持用户以不同的身份登录系统, 具备不同的权限, 访问不同的数据和操作能力14;该系统从疫木普查、处理、运输、销毁、检查路线轨迹到提取与跟踪, 分析病虫害的走势、时间、范围等, 疫木档案、疫木种类、疾病、粗细、林班信息、小班信息等信息的管理与查询, 疫木位置全景图动态加载15和分类显示等。2.5 RFID 手持扫描系统RFID 手持终端采用某公司提供的智能读卡器和 RFID 标签。RFID 技术实际上是无线射频识别技术, 即通过发射无线电信号识别目标对象, 对其进行读写操作。智能读卡器通过蓝牙通信, 按照手持蓝牙通信协议, 与智能终端 APP 进行十六进制的 Byte 数据传输。3
20、 App 关键技术介绍3.1 蓝牙数据传输通过功能需求分析, 智能终端 APP 与手持 RFID 之间通信采用的是蓝牙通信协议。在与蓝牙模块通信过程中, 如何准确的接收和发送数据是最重要的实现内容。由于是底层操作, 因此大多是发送十六进制数据16。发送数据时, 如果持续发送多条数据到手持设备, 手持设备可能无法及时处理, 以致没有任何回应, 要想畅通的与蓝牙模块通信, 需调整字节发送速率, 并增加一定时间的时延17。关键代码如下:在使用输入流 InputStream 进行数据传输时, InputStream 的读取容易阻塞, 在考虑用户体验时需加以优化。由于无参数的 read () 是每次只从
21、流中读取一个字节, 效率较低, 故采用循环方式读取数组, 这样可以读取多个字节, 通知做校验对比, 防止字节丢失18。3.2 OkHttp 网络访问OkHttp 是一个高效的超文本传输协议 (hyper text transfer protocol, HTTP) 库, 支持 SPDYSPDY (SPDYS-PDY 是 Google 开发的基于 TCP 的传输层协议, 用以最小化网络延迟, 提升网络速度, 优化用户的网络使用体验) , 共享同一个Socket 来处理同一个服务器的所有请求。如果 SPDY 不可用, 则通过连接池来减少请求延时;无缝的支持 GZIP (GZIP 是 GNUzip 的
22、缩写, 它是一个 GNU 自由软件的文件压缩程序) 来减少数据流量。缓存响应数据来减少重复的网络请求。对 OkHttp 进行封装, 访问网络上传和下载文件图片和其他数据。3.3 离线地图绘制界面调用百度地图 SDK, 使用离线地图加载和基础地图展示功能。通过访问保存在本地数据库的疫木坐标, 遍历数据库, 将所有疫木位置在地图上标记, 当疫木处理状态发生改变时, 开启异步线程 AsyncTask, 增加或删除数据库某个疫木坐标, 向在 UI 线程创建的 Handler 传递消息, 从而实现 UI 界面的更新。4 APP 终端功能实现该疫木监测系统重点介绍 APP 终端功能开发。APP 终端通过串
23、口数据调试19, 并通过 Handler 机制接收和分发数据。通过测试能在无网络条件下, 定位到当前位置 (误差 5m 左右) , 同时实现 RFID 读写操作, 在 7m 之内, 读数据准确率较高。在有网络条件下, 能够准确高效的上传本地存储信息, 实现工作的高效性。采用大数据挖掘规律20, 为疫病预防提供相关参考性。5 结束语本文基于 Android 和无线射频识别技术设计了疫木监测管理系统, 通过测试发现, 该移动端满足用户的基本需求, 简单易操作;Web 端图形化展示各数据相互关系, 提供了清晰简明的效果展示。该系统不仅可以应用于疫木监测, 也适用于各种保护林木、古木、重要绿化林木等需
24、要长期研究观察的业务。这种无纸化操作, 避免了传统工作模式引起的数据错误, 提高了工作效率和数据的可研究性。但本设计还存在着不足之处, 需在设计和代码上继续进行优化, 以提高RFID 设备读写数据的速度及定位精确性。该研究对树木病虫害的预防具有重要意义。参考文献1陈凤学, 赵杰, 耿海东.森林病虫害灾害等级研究J.中国森林病虫, 2004, 23 (3) :4-7. 2赵苓伶, 唐静.物联网的应用与效益J.科技展望, 2017, 27 (6) :11. 3刘姗姗, 张绍文.基于 RFID 技术的林木种质资源管理系统初探J.森林工程, 2008, 24 (2) :79-83. 4姚昱旻, 刘卫国
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